DE2758887A1 - PROCESS FOR ABRASIVE MACHINING OF SILICON RODS AND TUBES AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE PROCESS - Google Patents
PROCESS FOR ABRASIVE MACHINING OF SILICON RODS AND TUBES AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE PROCESSInfo
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Description
Verfahren zum abtragenden Bearbeiten von SiliciumgtäbenProcess for the machining of silicon rods und -rohren sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrensand pipes and device for carrying out the method
Siliciumstäbe oder -rohre werden üblicherweise durch Abscheidung aus gasförmigen zersetzlichen Halogensilanen, üblicherweise im Gemisch mit Wasserstoff, an auf Abscheidetemperatur erhitzten Trägerkörpern hergestellt. Die erhaltenen polykristallinen Siliciumstäbe werden in einem anschließenden Prozeß durch tiegelloses Zonenschmelzen in einkristallines Material überführt. Bei diesem Verfahren werden üblicherweise nur absolut gerade Stäbe mit möglichst blanker Oberfläche eingesetzt, das bedeutet, daß die polykristallinen Stäbe, wie sie in der Gasabscheidung anfallen und deren Oberfläche mit einer Unzahl von Pusteln und warzenähnlichen Vorsprüngen übersät ist, erst rundgeschliffen werden müssen. Auch bei den Siliciumrohren, die als Reaktionsräume bei Hochtemperaturprozessen in der Halbleitertechnik, insbesondere bei Diffusions-, Oxidations- und Epitaxieprozessen, eingesetzt werden, wird vom Verwender meist eine glatte Oberfläche gefordert.Silicon rods or tubes are usually deposited from gaseous decomposable halosilanes, usually in a mixture with hydrogen, produced on support bodies heated to the deposition temperature. The polycrystalline silicon rods obtained are converted into monocrystalline in a subsequent process by crucible-free zone melting Material transferred. In this process, only absolutely straight rods with the brightest possible surface are usually used, which means that the polycrystalline rods, as they arise in the gas separation and the surface of which is littered with a myriad of pustules and wart-like protrusions, which must first be sanded down. Even in the case of silicon tubes, which are used as reaction spaces in high-temperature processes in semiconductor technology, especially in diffusion, oxidation and epitaxy processes are used, a smooth surface is usually required by the user.
Kleine Siliciumstäbe oder -rohre von einigen Zentimetern Länge lassen sich dabei meist relativ problemlos in herkömmlichen Rundschleifmaschinen bearbeiten. Beim Übergang zu langen Stäben mit beispielsweise 1 bis 2 m Länge oder insbesondere Siliciumrohren dieser Länge mit Durchmessern von IO bis 20 cm bei einer Wandstärke von etwa 0,5 bis 1 cm, lassen sich Bit derartigen herkömmlichen Maschinen, bei welchen der Siliciumkörper waagrecht über Spitzen oder auch spitzenlos eingespannt und mit ein bis zwei Werkzeugen glattgeschliffen wird, nicht mehr bearbeiten. Die Biegebelastung durch das Eigengewicht wird bei diesen Körpern aufgrund der dem Silicium innewohnenden Sprödigkeit so groß, daß sie, insbesondere die Rohre, bereits beim bloßen Einspannen häufig zu Bruch gehen. Auch bei Verwendung einer mit dem Werkzeug über den SiIiciumforrakörper mitfahrenden Lunette, welche den Siliciumkörper insbesondere gegen den An-Leave small silicon rods or tubes a few centimeters long usually relatively problem-free in conventional cylindrical grinding machines to edit. When transitioning to long rods with a length of, for example, 1 to 2 m or, in particular, silicon tubes of this length with diameters of 10 to 20 cm with a wall thickness of about 0.5 to 1 cm, can be Bit of such conventional machines in which the silicon body is clamped horizontally over points or without a center and sanded smooth with one or two tools, no longer process. The bending load Due to the inherent brittleness of the silicon, the weight of these bodies is so great that they, in particular the pipes often break when they are simply clamped. Even when using a tool that moves along with the tool over the silicon mold body Bezel, which holds the silicon body against the
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preßdruck des Werkzeugs abstützen soll« ist der durch Bruch verursachte Ausschuß noch erheblich.pressure of the tool is to support «is that caused by breakage Committee still considerable.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rundschleifen von Siliciurarohren und -stäben zu finden, bei welches die Bruchgefahr minimalisiert wird.The invention was therefore based on the object of a method and a Finding a device for cylindrical grinding of silicon tubes and rods, which minimizes the risk of breakage.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Werkstück senkrecht gehaltert wird und die Anpreßdrücke der Einzelwerkzeuge durch deren entsprechend gleichmäßige Anordnung am Umfang des Werkstückes gegenseitig weitgehend kompensiert werden.This object is achieved by a method, which is characterized by is that the workpiece is held vertically and the contact pressure of the individual tools by their correspondingly uniform arrangement are largely compensated for on the circumference of the workpiece.
Durchführen läßt sich dieses Verfahren vermittels einer Vorrichtung, welche aus einem Metallrahmen mit in Deck- und Bodenplatte übereinander angeordneten Halterungen zur Werkstückaufnähme sowie einem vertikal geführten und bewegbaren Werkzeugschlitten mit den für die Bearbeitung des Werkstückes erforderlichen Einzelwerkzeugen besteht. Der Werkzeugschlitten enthält dabei mehrere, vorzugsweise etwa 3 bis 7» motorgetriebene Schleifwerkzeuge, beispielsweise Schleifscheiben oder Drehmeißel, die in der horizontalen Ebene im gleichen Abstand zum Mittelpunkt der Werkstückdur ch führung angebracht sind.This method can be carried out by means of a device which consists of a metal frame with a top and bottom plate on top of each other arranged brackets for workpiece pick-up and a vertically guided and movable tool slide with the individual tools required for machining the workpiece. The tool slide contains several, preferably about 3 to 7 »motor-driven grinding tools, for example grinding wheels or turning tools, which are used in on the horizontal plane at the same distance from the center of the workpiece guide.
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher die Schleifscheiben der Einzelwerkzeuge jeweils am Kopf einer in der horizontalen Ebene ein- und ausschwenkbaren Schwinge befestigt sind, wobei sämtliche Schwingen über in der Länge verstellbare Gelenke mit einem zur Werkstückdurchführung konzentrischen drehbaren Hing verbunden sind. Durch Drehung dieses Ringes läßt sich der Anpreßdruck sämtlicher Einzelwerkzeuge auf das Werkstück einheitlich verringern oder vergrößern.An embodiment in which the Grinding wheels of the individual tools each at the head of one in the horizontal Level swing-in and swing-out swing arm are attached, with all swing arms on adjustable-length joints with a for Workpiece feedthrough concentric rotatable hing are connected. By turning this ring, the contact pressure of all individual tools can be reduced reduce or enlarge uniformly on the workpiece.
Anhand der Abbildungen, in welchen eine erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft schematisch dargestellt ist, soll die Erfindung näher erläutert werden.On the basis of the figures, in which a device according to the invention is exemplified is shown schematically, the invention will be explained in more detail.
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In Figur 1 ist eine vertikale Rundschleifmaschine gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.In Figure 1 is a vertical cylindrical grinding machine according to the invention shown schematically.
Figur 2 zeigt den Verkzeugschlitten der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch in der Aufsicht.Figure 2 shows the tool slide of the device according to the invention schematically in the top view.
Das zu bearbeitende SiIiciumwerkstück 1, beispielsweise ein Siliciumstab, welcher an den beiden Enden mit einer zentrischen Bohrung versehen wurde, wird auf das untere Zentrierstück 2 aufgesetzt, während das obere Zentrierstück J1 welches über einen Rollkörner 4 in einer Kolbenstange 5i welche beispielsweise hydraulisch aus dem Spannzylinder 6 ausgefahren werden kann, in die am oberen Ende des SiIiciumstabes 1 zentrisch angebrachte Bohrung passend eingesetzt wird. Das untere ZentrierstUck 2 dient dabei gleichzeitig als Mitnehmer, d.h. es kann über den Elektromotor 7 über das Getriebe 8 in Drehung versetzt werden, die auf den zu bearbeitenden Stab übertragen wird. Ein Mitdrehen der Kolbenstange 5 wird dabei durch den Rollkörner 4 ausgeschlossen.The SiIiciumwerkstück 1 to be processed, for example a silicon rod, which was provided with a central bore at both ends, is placed on the lower centering piece 2, while the upper centering piece J 1 which is via a rolling grain 4 in a piston rod 5i which, for example, hydraulically from the Clamping cylinder 6 can be extended, into which the center hole at the upper end of the silicon rod 1 is appropriately inserted. The lower centering piece 2 serves at the same time as a driver, ie it can be set in rotation via the electric motor 7 via the gear 8, which is transmitted to the rod to be machined. Co-rotation of the piston rod 5 is prevented by the rolling grain 4.
Zwischen der Bodenplatte 9 und der Deckplatte 10 befinden sich außerdem mehrere Führungssäulen 11, an welchen der eigentliche Verkzeugschlitten 12 in der horizontalen Position exakt fixiert über den Kettenantrieb 13 vermittels Getriebemotor 14 und Ausgleichsgewicht 15 gehoben oder abgesenkt werden kann.There are also between the base plate 9 and the cover plate 10 several guide columns 11 on which the actual tool carriage 12 is precisely fixed in the horizontal position via the chain drive 13 can be raised or lowered by means of gear motor 14 and counterweight 15.
Die auf dem Verkzeugschlitten angebrachten Einzelwerkzeuge bestehen dabei beispielsweise aus einer Schleifscheibe l6, welche über eine Spindel 17 im Kopf einer Schwinge l8 befestigt ist und vermittels eines Elektromotors 19 über beispielsweise einen Keilriemenantrieb 20 in Drehung versetzt werden kann. Die Schwinge l8 ist dabei am anderen Ende auf eine in der Grundplatte des Verkzeugschlittens 12 angebrachte Halterung 21 aufgesteckt, wobei die Schwinge l8 um diese Halterung, welche als Drehpunkt der Schwinge fungiert, nach innen oder außen geschwenkt werden kann.The individual tools attached to the tool slide exist for example from a grinding wheel l6, which is fastened via a spindle 17 in the head of a rocker l8 and by means of an electric motor 19 can be set in rotation via a V-belt drive 20, for example. The rocker l8 is at the other end on one in the base plate of the tool slide 12 attached bracket 21 is plugged, the rocker l8 around this bracket, which acts as a fulcrum the swing arm functions, can be swiveled inwards or outwards.
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Anhand der Figur 2 wird der Wirkungsmechanismus der Einzelwerkzeuge näher erläutert. In der Abbildung ist der Werkzeugschlitten 12 in der Aufsicht wiedergegeben. Der Werkzeugschlitten folgt in den äußeren Konturen der Form eines Dreiecks, wobei sich in den drei Ecken entsprechende Bohrungen 22 für die Aufnahme der Führungssäulen 11 befinden. Innerhalb des Werkzeugschlittens 12 befindet sich ein Stellring 23« welcher über geeignete Führungen 24, beispielsweise Rollen, exakt zentriert und geführt wird. Der Stellring läßt sich mit Hilfe des Stellzylinders 25 um einige Grad vor- oder zurückdrehen. Die Schwingen l8 der Einzelwerkzeuge sind dabei über einen Hebel 26 mit dem Stellring 23 verbunden. Wird der Stellring nun beispielsweise im Uhrzeigersinn bewegt, so werden durch diese Bewegung, die auf die Schwingen übertragen wird, die Schleifscheiben sämtlicher Einzelwerkzeuge vollkommen gleichmäßig nach innen geschwenkt. Es wird hierdurch gewährleistet, daß der Anpreßdruck sämtlicher Einzelwerkzeuge auf das zu bearbeitende Werkstück weitgehend, wenn nicht völlig gleich ist. Nachdem die Schleifscheiben der Einzelwerkzeuge das Werkstück in vertikaler Richtung zweckmäßig etwas gegeneinander versetzt bearbeiten, wodurch sich der in den Abbildungen sichtbare stufenweise Abtrag am Werkstück ausbildet, ist der Abstand der Schleifscheiben von der Werkstückachse bei den Einzelwerkzeugen etwas unterschiedlich. Um nun trotzdem einen möglichst gleichen Anpreßdruck der Einzelwerkzeuge auf das Werkstück zu realisieren, sind in den Hebeln 26, welche die Schwingen 18 der Einzelwerkzeuge mit dem Führungsring verbinden, beispielsweise Schraubgewinde angebracht, in welchen die Hebellänge der Einzelwerkzeuge bei Verfahrensbeginn unterschiedlich, d.h. auf die Stufentiefe bei der Bearbeitung abgestimmt, eingestellt werden kann, so daß durch eine Bewegung des Stellrings 23 ein im wesentlichen gleicher Anpreßdruck der Einzelwerkzeuge auf das Werkstück resultiert. Der Anpreßdruck der Einzelwerkzeuge auf das Werkstück wird dabei durch die Lage der Einzelwerkzeuge weitgehend kompensiert· Dies erfolgt dadurch, daß die Einzelwerkzeuge so am Umfang.des Werkstücks angeordnet werden, daß der freie Kreisbogen, der zwischen den Ansatzstellen je zweier Einzelwerkzeuge liegt, im wesentlichen gleich ist.The mechanism of action of the individual tools is illustrated in FIG explained in more detail. In the figure, the tool slide 12 is shown in a top view. The tool slide follows in the outer contours in the shape of a triangle, with corresponding bores 22 for receiving the guide pillars 11 being located in the three corners. Within of the tool slide 12 is an adjusting ring 23 ″ which is above suitable guides 24, for example rollers, is precisely centered and guided. The adjusting ring can be adjusted with the aid of the adjusting cylinder 25 Turn it a few degrees forwards or backwards. The rockers l8 of the individual tools are connected to the adjusting ring 23 via a lever 26. If the adjusting ring is now moved clockwise, for example, then through this movement, which is transmitted to the rockers, the grinding wheels of all individual tools completely evenly inwards panned. This ensures that the contact pressure of all individual tools on the workpiece to be machined is largely if not exactly the same. After the grinding wheels of the individual tools the workpiece in the vertical direction appropriately somewhat against each other machine offset, which results in the gradual removal of material visible in the figures on the workpiece, the distance is the Grinding wheels slightly away from the workpiece axis in the case of the individual tools different. In order to achieve the same contact pressure as possible of the individual tools on the workpiece, levers are in the levers 26, which connect the rockers 18 of the individual tools to the guide ring, for example screw threads, in which the lever length the individual tools can be set differently at the start of the process, i.e. adjusted to the step depth during machining can, so that by a movement of the adjusting ring 23 a substantially the same contact pressure of the individual tools on the workpiece results. The contact pressure of the individual tools on the workpiece is thereby reduced the position of the individual tools largely compensated This is done by that the individual tools are arranged on the circumference of the workpiece, that the free arc between the attachment points of two individual tools is essentially the same.
Als Schleifscheiben werden Üblicherweise Scheiben mit Besatz aus Borcarbid, Siliciumcarbid oder vorzugsweise Diamantkörnern verwendet. Anstelle solcher Schleifscheiben lassen sich auch Drehmeißel einsetzen. InThe grinding wheels are usually wheels made of boron carbide, Silicon carbide or, preferably, diamond grains are used. Instead of such grinding wheels, turning tools can also be used. In
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diesem Fall muß allerdings das Werkstück sehr schnell gedreht werden um zu einem vernünftigen Abtrag in der Zeiteinheit zu kommen. Werden keine Stäbe, sondern Rohre rundgeschliffen, so müssen anstelle der Zentrierstifte 2 und 3 entsprechende Halterungen oder Klammern eingesetzt werden, durch welche das Rohrstück genau zentriert gehaltert und in Drehung versetzt werden kann. Die Drehung der Rohre bzw. Stäbe bei der Bearbeitung mit Schleifscheiben ist dabei abhängig vom jeweils zu bearbeitenden Formkörper und liegt bei etwa 100 bis 600 U/min. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Werkzeugschlitten mit seinen Einzelwerkzeugen unter Bearbeitung des Werkstücks von einem Ende zum anderen geführt wird ist dabei abhängig von der Art des Werkstücks, von dem beabsichtigten Abtrag sowie von der Zahl der Einzelwerkzeuge und nicht zuletzt der eingestellten Umdrehung des Werkstücks selbst.In this case, however, the workpiece must be turned around very quickly to come to a reasonable erosion in the unit of time. If not rods but tubes are ground round, then instead of the centering pins 2 and 3 corresponding brackets or brackets are used, through which the pipe section can be held exactly centered and rotated. The rotation of the tubes or rods during processing with grinding wheels depends on what is to be processed Molded body and is about 100 to 600 rpm. The speed at which the tool slide with its individual tools is being processed of the workpiece is guided from one end to the other depends on the type of workpiece and the intended removal as well as the number of individual tools and, last but not least, the set rotation of the workpiece itself.
Gemäß der Erfindung gelingt es, unter Ausschaltung jeglicher .Bruchgefahr, Siliciumstäbe und -rohre rundzuschleifen.According to the invention, it is possible to eliminate any risk of breakage. To grind silicon rods and tubes round.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |